CN108371940A - 一种用于吸附空气中pm2.5颗粒的材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种用于吸附空气中PM2.5颗粒的材料及其制备方法，其在活性碳板的表面均匀喷涂甲醇溶液；之后将喷涂甲醇溶液的活性炭板送入活化炉内通入二氧化碳活化气体进行分段无氧高温热处理，初始阶段为200℃保持恒温0.5h，中间阶段为600℃保持恒温0.5h；最后阶段为：40℃，然后出料；活性炭板的表面在高温下分解形成网状结构，增加活性炭板活性，形成增强型活性炭板。制造成型的活性炭板可制作成生活与工作中需要用到的隔板、挡板与垫板，活性炭板在充分利用的同时还能够净化空气吸附PM2.5，一举两得。

Description

一种用于吸附空气中PM2.5颗粒的材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及空气污染治理领域，特别涉及一种用于吸附空气中PM2.5颗粒的材料及其制备方法。
背景技术
雾霾是特定气候条件与人类活动相互作用的结果，其主要成分包括烟雾、煤烟及粉尘等各种固态或液态颗粒或气溶胶。高密度人口的经济及社会活动必然会排放大量细颗粒物，一旦排放超过大气循环能力和承载度，细颗粒物浓度将持续积聚，此时如果受静稳天气等影响，极易出现大范围产生。大量的细颗粒物既是污染物，又是重金属、多环芳烃及病毒等有害物质的载体，不仅对大气能见度和气候有巨大的影响，其中可吸入颗粒物能够进入人体呼吸系统，更能对人体健康造成直接的严重威胁，已经成为危害人类健康和生命的重要杀手。
细颗粒物又称细粒、细颗粒、PM2.5，细颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质(例如，重金属、微生物等)，且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。
而活性炭是一种很细小的炭粒有很大的表面积，而且炭粒中还有更细小的孔毛细管。这种毛细管具有很强的吸附能力，由于炭粒的表面积很大，所以能与气体中的杂质即细颗粒物充分接触，当这些气体内的细颗粒物碰到毛细管被吸附，起净化作用；而传统的活性炭的大体可分为煤质活性炭和木质活性炭两大类。木质活性炭也可分为两大类：一类是以椰壳、橡胶壳、核桃壳等果壳为代表的颗粒状活性炭，此类活性炭由于其机械强度较好，作为颗粒炭直接应用于各个领域；另一类是以木屑、稻壳、竹屑等为代表的活性炭。目前通过传统碳化、活化方法制备的活性炭由于机械强度较差，大部分为粉末状，其存在使用时粉尘污染严重、再生和分离回收困难等缺点，限制了活性炭高新技术领域的应用；与之相比，成型活性炭结构紧密，形状易于调变，具备一定的强度，无粉尘污染且容易更换再生。
发明内容
本发明提供一种用于吸附空气中PM2.5颗粒的材料,其材料组成包括:木炭、磷酸溶液、粘结剂、固化剂、甲醇溶液；所述木炭粉、磷酸溶液、粘结剂、固化剂、甲醇溶液之间的配比为：9-10:5-6:1-2:1-2:1-2；所述磷酸溶液中磷酸的质量分数为：1％-2％。
一种用于吸附空气中PM2.5颗粒的材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将未碳化的木炭研磨呈粉末状,之后按照1:1的比例加入磷酸溶液，使木炭粉充分吸收磷酸溶液；
(2)过滤步骤(1)磷酸溶液中的木炭粉，之后将木炭粉放入干燥炉中干燥，加热到100-600℃，干燥1-3小时，得到带有磷酸盐杂质的活性炭粉样品；
(3)对步骤(2)中带有杂质的活性炭样品进行萃取，回收磷酸盐，之后在将萃取后的活性炭粉样品放入干燥炉，在90℃-110℃下干燥2～3h得到活性炭粉；
(4)向步骤(3)得到的活性炭粉中加入粘结剂与固化剂，搅拌均匀得到粘稠的混合碳粉；所述活性炭粉、粘结剂、固化剂的比例为：7-8:1-2:1-2；
(5)将步骤(4)中的混合碳粉平铺摊开放入到容器中，形成碳粉板；容器中碳粉板的厚度为0.5-1cm，之后放入到干燥炉，在90℃-100℃下干燥1～3h定型，形成活性炭板；
(6)取出步骤(5)中得到的活性炭板，并在活性碳板的表面均匀喷涂甲醇溶液；之后将喷涂甲醇溶液的活性炭板送入活化炉内通入活化气体进行分段无氧高温热处理，使活性炭板的表面在高温下分解形成网状结构，增加活性炭板活性，形成增强型活性炭板。
优选的，所述步骤(6)中的活化气体为：水蒸气、二氧化碳、空气中的一种。
优选的，所述步骤(6)中的分段无氧高温热处理的温度与时间分别为：初始阶段为：200-300℃保持恒温0.5-1h，中间阶段为：400-600℃保持恒温0.5-1h；最后阶段为：30-40℃，然后出料。
优选的，所述步骤(4)中的粘结剂选自黄原胶、木质素、木焦油、改性淀粉中的一种或多种。
优选的，所述步骤(4)中的固化剂为六亚甲基四胺。
本发明根据活性炭对PM2.5具有一定的吸附作用，首先利用化学法将木炭粉进行初步的活化，使木炭粉变成具有一定吸附能够的活性碳粉，然后再通过粘结剂以及固化剂将活性炭粉进行粘连固化，形成活性炭板，之后对活性炭板进行二次物理性活化，由于活性碳板中的碳粉已经进行一次化学法活化，因此二次活化的温度相较于要求的时间温度(800-900℃)要低；由于PM2.5随着空气与气流流动，所以二次活化的目的是使活性炭板的表面在高温下分解形成网状结构，形成了良好的气体扩散通道，增强了活性炭的活性，具有较强的颗粒吸附能力；而制造成型的活性炭板可制作成生活与工作中需要用到的隔板、挡板与垫板，活性炭板在充分利用的同时还能够净化空气吸附PM2.5，一举两得。
具体实施方式
下面对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
本发明实施例提供的一种用于吸附空气中PM2.5颗粒的材料及其制备方法，其具体方法如下：
(1)称取1kg未碳化的木炭研磨呈粉末状,之后放入质量分数为：1％磷酸溶液，使木炭粉充分吸收磷酸溶液；
(2)过滤步骤(1)中的木炭粉，之后将木炭粉放入干燥炉中干燥，加热到500℃，干燥2小时，得到带有磷酸盐杂质的活性炭粉样品；
(3)对步骤(2)中带有杂质的活性炭样品进行萃取，回收磷酸盐，之后在将萃取后的活性炭粉样品放入干燥炉，在100℃下干燥2h得到活性炭粉。
(4)向步骤(3)得到的活性炭粉中按照7-8:1-2:1-2的比例加入黄原胶与六亚甲基四胺，搅拌均匀得到粘稠的混合碳粉；
(5)将步骤(4)中的混合碳粉平铺摊开放入到容器中，形成碳粉板；容器中碳粉板的厚度为1cm，之后放入到干燥炉，在100℃下干燥2h得到中干燥定型，形成活性炭板；
(6)取出步骤(5)中得到的活性炭板，并在活性碳板的表面均匀喷涂甲醇溶液；之后将喷涂甲醇溶液的活性炭板送入活化炉内通入二氧化碳活化气体进行分段无氧高温热处理，初始阶段为：200℃保持恒温0.5h，中间阶段为600℃保持恒温0.5h；最后阶段为：40℃，然后出料；活性炭板的表面在高温下分解形成网状结构，增加活性炭板活性，形成增强型活性炭板。
本发明提供一种用于吸附空气中PM2.5颗粒的材料及其制备方法，其根据活性炭对PM2.5具有一定的吸附作用，首先利用化学法将木炭粉进行初步的活化，使木炭粉变成具有一定吸附能够的活性碳粉，然后再通过粘结剂以及固化剂将活性炭粉进行粘连固化，形成活性炭板，之后对活性炭板进行二次物理性活化，由于活性碳板中的碳粉已经进行一次化学法活化，因此二次活化的温度相较于要求的时间温度(800-900℃)要低；由于PM2.5随着空气与气流流动，所以二次活化的目的是使活性炭板的表面在高温下分解形成网状结构，形成了良好的气体扩散通道，增强了活性炭的活性，具有较强的颗粒吸附能力；而制造成型的活性炭板可制作成生活与工作中需要用到的隔板、挡板与垫板，活性炭板在充分利用的同时还能够净化空气吸附PM2.5，一举两得。
上公开的仅为本发明的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于吸附空气中PM2.5颗粒的材料，其特征在于，包括以下组成原料:木炭、磷酸溶液、粘结剂、固化剂、甲醇溶液；所述木炭粉、磷酸溶液、粘结剂、固化剂、甲醇溶液之间的配比为：9-10:5-6:1-2:1-2:1-2；所述磷酸溶液中磷酸的质量分数为：1％-2％。
2.根据权利要求1所述的一种用于吸附空气中PM2.5颗粒的材料，其特征在于，用于吸附空气中PM2.5颗粒的材料是由权利要求1中所述的木炭、磷酸溶液、粘结剂、固化剂与甲醇溶液制备而成，其制备方法包括如下步骤：
(1)将未碳化的木炭研磨呈粉末状,之后按照1:1的比例加入磷酸溶液，使木炭粉充分吸收磷酸溶液；
(2)过滤步骤(1)磷酸溶液中的木炭粉，之后将木炭粉放入干燥炉中干燥，加热到100-600℃，干燥1-3小时，得到带有磷酸盐杂质的活性炭粉样品；
(3)对步骤(2)中带有杂质的活性炭样品进行萃取，回收磷酸盐，之后在将萃取后的活性炭粉样品放入干燥炉，在90℃-110℃下干燥2～3h得到活性炭粉；
(4)向步骤(3)得到的活性炭粉中加入粘结剂与固化剂，搅拌均匀得到粘稠的混合碳粉；所述活性炭粉、粘结剂、固化剂的比例为：7-8:1-2:1-2；
(5)将步骤(4)中的混合碳粉平铺摊开放入到容器中，形成碳粉板；容器中碳粉板的厚度为0.5-1cm，之后放入到干燥炉，在90℃-100℃下干燥1～3h定型，形成活性炭板；
(6)取出步骤(5)中得到的活性炭板，并在活性碳板的表面均匀喷涂甲醇溶液；之后将喷涂甲醇溶液的活性炭板送入活化炉内通入活化气体进行分段无氧高温热处理，使活性炭板的表面在高温下分解形成网状结构，增加活性炭板活性，形成增强型活性炭板。
3.根据权利要求2所述的一种用于吸附空气中PM2.5颗粒的材料，其特征在于，所述步骤(6)中的活化气体为：水蒸气、二氧化碳、空气中的一种。
4.根据权利要求2所述的一种用于吸附空气中PM2.5颗粒的材料，其特征在于，所述步骤(6)中的分段无氧高温热处理的温度与时间分别为：初始阶段为：200-300℃保持恒温0.5-1h，中间阶段为：400-600℃保持恒温0.5-1h；最后阶段为：30-40℃，然后出料。
5.根据权利要求2所述的一种用于吸附空气中PM2.5颗粒的材料，其特征在于，所述步骤(4)中的粘结剂选自黄原胶、木质素、木焦油、改性淀粉中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种用于吸附空气中PM2.5颗粒的材料，其特征在于，所述步骤(4)中的固化剂为六亚甲基四胺。
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